Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

Apresentação em tema: "Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL PHA 3411 – TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

2 DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Introdução Definição Agentes desinfetantes Histórico do processo de desinfecção Aspectos químicos do cloro em meio aquoso

3 DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Demanda de cloro – Reações com nitrogênio amoniacal Avaliação da eficácia do processo de desinfecção Cinética do processo de desinfecção Fluoretação Exercícios

4 TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água Final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Polímero Flúor

5 DESINFECÇÃO Definição: O propósito do processo de desinfecção é eliminar, de modo econômico, os microrganismos patogênicos presentes na fase líquida.

6 ESTERILIZAÇÃO Definição: Processo de destruição de todas as formas de vida microscópica

7 AGENTES DESINFETANTES
Agentes químicos Fenóis Álcoois Halogênios Metais pesados Ácidos e bases Agentes físicos Temperatura Radiação Filtração

8 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE UM AGENTE DESINFETANTE
Atividade antimicrobiana Solubilidade Estabilidade Inocuidade para o homem e os animais Ausência de combinação com material orgânico estranho

9 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE UM AGENTE DESINFETANTE
Apresentar toxicidade para os microrganismos em temperatura ambiente Ausência de poderes corrosivos e tintoriais Disponibilidade

10 PRINCIPAIS AGENTES DESINFETANTES UTILIZADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUA
Cloro (Cloro gasoso, Hipoclorito de Sódio e Hipoclorito de cálcio) Cloraminas Dióxido de cloro Ozônio Radiação Ultra-Violeta

11 HISTÓRICO DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Evidências de John Snow Teoria dos germes - Louis Paster e Robert Koch Poder do cloro na ação desinfetante - Robert Koch

12 HISTÓRICO DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Primeiras aplicações do cloro como agente regular no processo de desinfecção de águas de abastecimento Alemanha (1890) Inglaterra - Lincon - (1905) Estados Unidos - Chicago - (1908)

13 HISTÓRICO DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
5 10 15 20 25 30 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Ano Taxa de mortalidade por habitantes Início do processo de cloração Identificação dos DBP’s Protozoários resistentes a ação dos agentes desinfetantes convencionais Taxa de mortalidade de febre tifóide nos Estados Unidos da América Fonte: Jacangelo, M. (2001)

14 MODO DE AÇÃO DOS AGENTES DESINFETANTES
Lesão da parede celular Alteração da permeabilidade celular Inibição da ação enzimática Alterações das moléculas de proteínas e de ácidos nucleicos

15 EFICÁCIA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Avaliação do processo Monitoramento da concentração de microrganismos patogênicos Monitoramento da concentração de microrganismos indicadores

16 MICRORGANISMOS INDICADORES EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Grupos coliformes totais Grupos coliformes fecais ou termotolerantes Contagem de bactérias heterotróficas

17 MICRORGANISMOS INDICADORES EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Grupos coliformes totais Grupos coliformes fecais ou termotolerantes Contagem de bactérias heterotróficas

18 MICRORGANISMOS INDICADORES EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Grupos coliformes totais Grupos coliformes fecais ou termotolerantes Contagem de bactérias heterotróficas

19 PADRÃO MICROBIOLÓGICO DE POTABILIDADE DA ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO

20 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos inorgânicos (Fe+2 e Mn+2) Desinfecção Remoção de cor real Controle de gosto e odor em águas de abastecimento

21 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos inorgânicos (Fe+2 e Mn+2) Desinfecção Remoção de cor real Controle de gosto e odor em águas de abastecimento

22 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos inorgânicos (Fe+2 e Mn+2) Desinfecção Remoção de cor real Controle de gosto e odor em águas de abastecimento

23 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos inorgânicos (Fe+2 e Mn+2) Desinfecção Remoção de cor real Controle de gosto e odor em águas de abastecimento

24 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos orgânicos sintéticos Minimização de subprodutos da desinfecção Auxiliar do processo de coagulação e floculação Controle microbiológico das unidades componentes das ETAs

25 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos orgânicos sintéticos Minimização de subprodutos da desinfecção Auxiliar do processo de coagulação e floculação Controle microbiológico das unidades componentes das ETAs

26 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos orgânicos sintéticos Minimização de subprodutos da desinfecção Auxiliar do processo de coagulação e floculação Controle microbiológico das unidades componentes das ETAs

27 APLICAÇÃO DO CLORO COMO AGENTE OXIDANTE E DESINFETANTE
Oxidação de compostos orgânicos sintéticos Minimização de subprodutos da desinfecção Auxiliar do processo de coagulação e floculação Controle microbiológico das unidades componentes das ETAs

28 APLICAÇÕES DO CLORO E DOSAGENS TÍPICAS

29 APLICAÇÃO DO CLORO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Cloro gasoso (Líquido – Gás) Hipoclorito de sódio (Solução líquida) Hipoclorito de cálcio (Sólido)

30 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CLORO GASOSO
Cilindros de 45 kg (Retirada de gás) Cilindros de 90 kg (Retirada de gás) Cilindros de 900 kg (Gás ou Líquido) Carretas de 18 toneladas (Líquido) Carretas de 20 toneladas (Líquido) Tanque estacionário de 50 toneladas * Observação: Retirada de cloro gasoso é limitado a 1% de sua capacidade mássica por hora

31 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 90 KG

32 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 900 KG

33 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 900 KG

34 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 900 KG

35 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 900 KG

36 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 900 KG

37 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CILINDROS DE 900 KG

38 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S CAMINHÃO TANQUE DE 18 TON

39 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S TANQUES ESTACIONÁRIOS DE 50 TON

40 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S TANQUES ESTACIONÁRIOS DE 50 TON

41 ASPECTOS QUÍMICOS DO CLORO EM MEIO AQUOSO
Cloro Gasoso

42 ASPECTOS QUÍMICOS DO CLORO EM MEIO AQUOSO
Cloro Gasoso

43 ASPECTOS QUÍMICOS DO CLORO EM MEIO AQUOSO
Q,Cl,0 Q,Cl As limitações impostas pelo processo de transferência de massa do cloro da fase gasosa para a fase líquida não permite a sua aplicação na forma gasosa !!!

44 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S RETIRADA DE CLORO GASOSO
Cilindros de cloro em uso em stand-by Pressostato Válvula reguladora de vácuo Clorador 1 Clorador 2 Clorador 3 Injetor de cloro Pré-cloração Pós-cloração Água de arraste Água clorada

45 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S RETIRADA DE CLORO GASOSO
Cilindros de cloro em uso em stand-by Pressostato Válvula reguladora de vácuo Clorador 1 Clorador 2 Clorador 3 Injetor de cloro Pré-cloração Pós-cloração Água de arraste Água clorada Evaporador 3 Evaporador 2 Evaporador 1 Válvula redutora de pressão

46 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S RETIRADA DE CLORO LÍQUIDO

47 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S EVAPORADORES E CLORADORES

48 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S EVAPORADORES E CLORADORES

49 PROCESSO DE DESINFECÇÃO EVAPORADORES E CLORADORES
Vídeo – Evaporadores e cloradores (ETA ABV) Vídeo – Evaporadores e cloradores (ETA Baixo Cotia)

50 PROCESSO DE DESINFECÇÃO APLICAÇÃO DE CLORO
Vídeo – Aplicação de cloro na forma de pós-cloração (ETA ABV)

51 APLICAÇÃO DO CLORO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Cloro gasoso (Líquido – Gás) Hipoclorito de sódio (Solução líquida) Hipoclorito de cálcio (Sólido)

52 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S HIPOCLORITO DE SÓDIO

53 APLICAÇÃO DO CLORO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Cloro gasoso (Líquido – Gás) Hipoclorito de sódio (Solução líquida) Hipoclorito de cálcio (Sólido)

54 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S HIPOCLORITO DE CÁLCIO

55 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S HIPOCLORITO DE CÁLCIO

56 ASPECTOS QUÍMICOS DO CLORO EM MEIO AQUOSO
Hipoclorito de Sódio Hipoclorito de Cálcio

57 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S PRÉ-CLORAÇÃO NA ETA CARAGUATATUBA

58 APLICAÇÃO DO CLORO EM ETA’S PÓS-CLORAÇÃO NA ETA ABV

59 ASPECTOS QUÍMICOS DO CLORO EM MEIO AQUOSO

60 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com a luz ultra-violeta

61 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com compostos inorgânicos (Fe+2, Mn+2, S-2, NO2-)

62 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com compostos inorgânicos (Fe+2, Mn+2, S-2, NO2-)

63 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com compostos orgânicos Reações com compostos fenólicos Reações com substâncias húmicas

64 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com compostos orgânicos Reações com compostos fenólicos Reações com substâncias húmicas

65 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com nitrogênio amoniacal

66 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com nitrogênio amoniacal

67 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com nitrogênio amoniacal

68 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com nitrogênio amoniacal

69 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Reações com nitrogênio amoniacal

70 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Cloro Residual Livre Cloro Residual Combinado Demanda de Cloro Cloro Aplicado - Cloro Residual

71 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Zona A Zona B Zona C Cl2/NH3-N: 1,0 Cl2/NH3-N: 1,5 2 4 6 8 10 12 Cl2/NH3-N (Base Mássica)

72 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Zona A Zona B Zona C Cl2/NH3-N: 1,0 Cl2/NH3-N: 1,5 2 4 6 8 10 12 Cl2/NH3-N (Base Mássica)

73 CLORO E SUAS REAÇÕES DEMANDA DE CLORO
Zona A Zona B Zona C Cl2/NH3-N: 1,0 Cl2/NH3-N: 1,5 2 4 6 8 10 12 Cl2/NH3-N (Base Mássica)

74 CONCENTRAÇÃO DE AGENTES OXIDANTES
1 mol Cl2 = 1 mol HOCl = 1 mol OCL- = 1 mol NH2CL 1 mol NHCL2 = 2 moles Cl2

75 CINÉTICA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Lei de Chick (1908) Lei de Watson (1908) Lei de Chick-Watson (1908) Eficiência = C.t

76 CINÉTICA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Tempo de contato 30 minutos Eficiência = C.t Concentração mínima de cloro residual livre após a desinfecção: 0,5 mg/l Concentração mínima de cloro residual livre na rede de distribuição: 0,2 mg/l Concentração máxima de cloro residual livre na rede de distribuição: 2,0 mg/l

77 CINÉTICA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Tempo de contato 30 minutos Eficiência = C.t Concentração mínima de cloro residual livre após a desinfecção: 0,5 mg/l Concentração mínima de cloro residual livre na rede de distribuição: 0,2 mg/l Concentração máxima de cloro residual livre na rede de distribuição: 2,0 mg/l

78 CINÉTICA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Tempo de contato 30 minutos Eficiência = C.t Concentração mínima de cloro residual livre após a desinfecção: 0,5 mg/l Concentração mínima de cloro residual livre na rede de distribuição: 0,2 mg/l Concentração máxima de cloro residual livre na rede de distribuição: 2,0 mg/l

79 CINÉTICA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Valores de C.t em mg/L.min requeridos (cloro livre) para a inativação de 99,9% de Giardia lamblia – Temperatura igual a 20º C (USEPA 1999) pH igual a 6,0 0,6 mg Cl2/L 1,0 mg Cl2/L 1,2 mg Cl2/L 1,6 mg Cl2/L 2,0 mg Cl2/L 38 39 40 42 44 pH igual a 7,0 54 56 57 59 62 pH igual a 8,0 77 81 83 87 91

80 CINÉTICA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO
Valores de C.t em mg/L.min requeridos (cloro livre) para a inativação de 99,99% de vírus (USEPA 1999) Temperatura (C) 5 10 15 20 25 8,0 6,0 4,0 3,0 2,0

81 FLUORETAÇÃO Definição:O propósito do processo de fluoretação é garantir uma concentração mínima e máxima de íon fluoreto em águas de abastecimento a fim de que seja possível a manutenção da saúde dental da população. Benefícios Para cada $ 1,0 gasto em processos de fluoretação, são economizados potencialmente $ 80,0 em custos odontológicos (AWWA, 1999)

82 TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água Final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Polímero Flúor

83 CONCENTRAÇÕES DE FLUORETO RECOMENDÁVEIS EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

84 CONCENTRAÇÕES DE FLUORETO EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DO ESTADO DE SÃO PAULO

85 APLICAÇÃO DE FLUORETO EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Fluoreto de Sódio (NaF) Fluoreto de Cálcio (CaF2) Fluossilicato de sódio (Na2SiF6) Ácido Fluossilícico (H2SiF6)

86 APLICAÇÃO DE FLUORETO EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

87 APLICAÇÃO DE FLUORETO EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Ácido Fluossilícico (H2SiF6)

88 APLICAÇÃO DE FLUOR EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

89 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Vazão: 1,0 m3/s Dosagem mínima de cloro: 0,8 mg/l Dosagem média de cloro: 1,5 mg/l Dosagem máxima de cloro: 2,5 mg/l Tempo de contato: 30 minutos Concentração de flúor na água bruta: 0,1 mg/l Concentração de flúor na água final: 0,9 mg/l Profundidade da lâmina líquida=3,5 m

90 UNIDADES DE DESINFECÇÃO

91 UNIDADES DE DESINFECÇÃO

92 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Cálculo do volume do tanque de contato

93 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Definição da geometria do tanque de contato

94 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Definição da geometria do tanque de contato 13,0 m 40,0 m 3,25 m

95 TANQUES DE CONTATO

96 TANQUES DE CONTATO

97 TANQUES DE CONTATO

98 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água filtrada Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA F1 F2 F8

99 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA F1 F2 F5 F6

100 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água filtrada Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA F1 F2 F5 F6 Canal de água filtrada

101 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Cálculo do consumo diário de cloro

102 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Dimensionamento do sistema de reservação Será admitido que o sistema de reservação tenha uma autonomia de 20 dias.

103 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Opção 1 - Cloro gasoso 04 Cilindros de 01 tonelada cada. Opção 2 - Hipoclorito de sódio Concentração da solução: 12,0% em peso como Cl2 Massa específica da solução: kg/m3

104 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Opção 2 - Hipoclorito de sódio Concentração da solução: 12,0% em peso como Cl2 Massa específica da solução: kg/m3

105 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Opção 2 - Hipoclorito de sódio Concentração da solução: 12,0% em peso como Cl2 Massa específica da solução: kg/m3

106 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Dimensionamento do sistema de fluoretação

107 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Cálculo da massa de ácido fluossilícico Mol H2SiF6=144,1 g Massa de F por mol de H2SiF6=114

108 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Dimensionamento do sistema de reservação Será admitido que o sistema de reservação tenha uma autonomia de 20 dias. Concentração da solução: 22,0% em peso como H2SiF6 Massa específica da solução: kg/m3

109 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
Dimensionamento do sistema de reservação

110 Muito Obrigado !!!